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| 商業(yè)化準備階段：九種顛覆傳統(tǒng)的光伏新技術(shù) |
| （時間:2020-2-18 8:18:07） |
為了增強美國的創(chuàng)造力并重新確立市場上的國家領(lǐng)導(dǎo)地位，美國能源部開展了“美國制造太陽能獎”，以刺激制造，開發(fā)創(chuàng)新的解決方案和產(chǎn)品，獎勵和挑戰(zhàn)有助于破壞該領(lǐng)域的傳統(tǒng)思維，并介紹、擴展和發(fā)展可能的方法。每一輪獎項將在不到一年的時間內(nèi)將新技術(shù)帶入商業(yè)前的準備階段，驗證早期產(chǎn)品或測試現(xiàn)場技術(shù)，以確保新想法進入市場。每個團隊將獲得50,000美元的現(xiàn)金獎勵，并有資格參加下一階段的比賽。作為比賽的一部分，參賽團隊還可以訪問DOE國家實驗室，技術(shù)孵化器和加速器，風險投資公司，天使投資人以及行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)。美國國家可再生能源實驗室（NREL）是“美國制造挑戰(zhàn)賽”的獎項管理員。
2月11日，美國能源部（DOE）從120個提案中宣布了20個獲邀參加美國制造太陽能獎第3輪下一階段競賽的競爭團隊。這些項目將解決與新型太陽能應(yīng)用（如農(nóng)業(yè)）相關(guān)的挑戰(zhàn)，并展示在電網(wǎng)故障時如何利用太陽能提供備用電源。其中9個團隊涉及太陽能光伏產(chǎn)品及材料技術(shù)的發(fā)展，11個團隊將解決與太陽能如何與電網(wǎng)整合有關(guān)的挑戰(zhàn)。
這些項目對于國內(nèi)研究機構(gòu)和廠商有重要的參考價值，能啟發(fā)您潛在的商機和創(chuàng)新產(chǎn)品。跟TestPV一起來了解其中的9個光伏產(chǎn)品及材料獎項目：
光伏：
1.耐用減反射和自清潔玻璃
研發(fā)具有增強寬帶和廣角抗反射、抗污染和自清潔功能的耐用光伏玻璃。團隊正在尋找成熟的玻璃制造商作為合作伙伴，幫助提供光伏或玻璃行業(yè)的驗證方法，合作伙伴具有組件戶外和耐久性測試經(jīng)驗，能提供組件耐久性測試裝置如濕熱熱室、組件現(xiàn)場試驗設(shè)施等。擬議的技術(shù)包括問題4下的計劃中所述的以下五項任務(wù)。
開發(fā)可擴展的蝕刻方法，在大面積玻璃上生成各種減反射納米結(jié)構(gòu)。
表征納米結(jié)構(gòu)玻璃的光學和親/疏水性能；測試玻璃防污染和自清潔性能；測試玻璃抗劃傷性和機械耐久性；采用該納米結(jié)構(gòu)玻璃制作光伏電池并進行效率測量
2.PV雙面及柔性組件用透明聚合物阻隔膜
Dunmore公司的項目旨在開發(fā)能支持雙面組件應(yīng)用的透明薄膜。該透明薄膜將來還能用作戶外光伏組件的修復(fù)膠帶、特殊雙面應(yīng)用的金屬化及壓印膜、太陽能集熱器薄膜、提高雙面組件發(fā)電效率的發(fā)射膜、反射網(wǎng)格、BIPV材料、堅韌的專業(yè)光伏膜，以及航天、交通、便攜式應(yīng)用專業(yè)膜。
Dunmore認為，該透明阻隔膜的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)包括：
為多層結(jié)構(gòu)選擇和篩選合適的薄膜和粘合劑產(chǎn)品設(shè)計的初始測試和驗證，包括透明度和阻隔性能對阻隔膜結(jié)構(gòu)進行長期測試，以確保設(shè)計足夠堅固最重要的是，展示材料在極端溫度、紫外線和濕氣下的長期性能加速老化試驗（如250到3000小時的雙八五試驗，證明材料能使用20年或更長時間，了解潛在的失效模式和現(xiàn)場使用壽命）
Dunmore還將通過NREL進行阻隔膜的機械試驗、水汽傳輸率（MVTR）、分光光度法顏色、透光率和稠度測試、電氣試驗、太陽模擬氙燈試驗、剝離強度和與密封劑的附著力測試（濕熱試驗后）、組件測試。通過與潛在的組件制造商合作，將透明膜用作組件前板或后板進行層壓封裝測試，并對封裝后的組件進行戶外應(yīng)用和老化測試。
3.高效簡單的光伏支架系統(tǒng)
跟蹤支架比固定支架能幫助光伏組件多發(fā)電20%以上，因而單軸跟蹤系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于地面電站，但并未被其它市場接受。Pursuit Solar認為這主要是傳統(tǒng)的單軸跟蹤系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，跟蹤電子模塊依賴非獨立直流電力供應(yīng)（有時用電池）、電機（線性執(zhí)行器或回轉(zhuǎn)驅(qū)動）、控制軟件、輻照度傳感器及通信網(wǎng)絡(luò)。再者，傳統(tǒng)單軸跟蹤系統(tǒng)成本較高，安裝技術(shù)復(fù)雜，調(diào)試麻煩，系統(tǒng)可靠性還差，運行維護多。
因此，Pursuit Solar 公司將開發(fā)一種無馬達、無控制系統(tǒng)、不消耗外部電力、維護簡單的光伏跟蹤支架。
該設(shè)計的特點是：
跟蹤更加簡單– 完全由太陽驅(qū)動并定位，系統(tǒng)本身只有運動部件，無需電網(wǎng)或電池供電；部件成本更低– 部件越少，成本越低，無論是采購、安裝或是維護成本；跟蹤更加可靠– 驅(qū)動設(shè)計基于成熟的熱工液壓原理。
Pursuit Solar認為，該產(chǎn)品尤其適合于戶用、工商業(yè)、農(nóng)業(yè)及小型地面光伏電站。
4.PV WaRD水分析軟件
參賽團隊開發(fā)了一個量化的水測量系統(tǒng)，以幫助解決光伏組件中與水分相關(guān)的故障。該系統(tǒng)采用非接觸的無損技術(shù)，測量光伏組件內(nèi)的水分含量，為預(yù)測組件的長期衰減機理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
組件應(yīng)用過程中會出現(xiàn)封裝材料變黃、分層和接觸腐蝕，組件內(nèi)水分的存在會加速這種變化。因此，該項目假設(shè)組件衰減與組件生命周期中不同階段的含水量有某種函數(shù)關(guān)系，通過組件內(nèi)部含水量的變化評估組件可能的發(fā)電量損失，為保險或投資運營提供重要參考。
該技術(shù)設(shè)想有兩種應(yīng)用方式：
一：作為評估工具來確定水分對已安裝光伏組件的影響；
通過與公用事業(yè)公司合作，在不中斷正常運營的情況下對已部署的組件進行濕度和性能測試。與NREL已經(jīng)進行的組件加速老化和耐用性測試數(shù)據(jù)綜合，深入了解水分在測試中的作用。
二：作為組件制造的質(zhì)量控制工具。
與組件制造商合作，在制造和質(zhì)量控制測試階段的不同階段測量含水量，重點放在濕熱測試前后。根據(jù)結(jié)果，進而通過去除多余水分啟動二次測量。該結(jié)果能夠評估潛在的成本節(jié)約、產(chǎn)量提高以及濕度監(jiān)測對產(chǎn)量的影響
項目需要定制加工和數(shù)字化處理信息數(shù)據(jù)，與行業(yè)投資商一起濕度相關(guān)的衰減預(yù)測對組件安裝和保險成本的影響，提高對新保險和整個項目承保的信心，在項目索賠中，通過這些測量分析項目失效的原因，例如定量地顯示暴風雨對發(fā)電量損失和對未來性能的預(yù)期影響。
5.遠程部署的光伏組件
如果你的屋頂或地面有時要派用場，那你就無法安裝固定的光伏陣列。因此，Rise Energy Systems公司（RES）準備開發(fā)一種新的工商業(yè)及戶用光伏安裝，目標是創(chuàng)建一個可遠程部署的光伏陣列，當現(xiàn)有鋪設(shè)區(qū)域不被使用時安裝，使用時收起，為那些沒有合適屋頂?shù)娜颂峁┨柲芙尤耄档蛙洺杀�，增加清潔周期，降低所需的支架成本�?
該系統(tǒng)需要進行電氣、機械和風荷載試驗。電氣試驗確定發(fā)電性能和安全，機械測試驗證組件是否能縮回到存儲容器中，大型風洞測試以確定自動退縮機構(gòu)失靈的情況和災(zāi)難性故障下最大的安全風速。
6.機器人技術(shù)改變了光伏電站的景觀
光伏電站的除草對于電站運維至關(guān)重要，盡管中國的光伏電站有“光伏羊”除草創(chuàng)意。人工除草對于大型光伏電站成本較高，除草劑對環(huán)保不利。本項目旨在開發(fā)一種除草機器人，優(yōu)化切削刀片設(shè)計，優(yōu)化電池壽命、維護間隔、割草頻率、割草質(zhì)量和噪音水平，能使用光伏電力。此外，機器人還要自動識別柱子、柵欄等障礙物，并能維護靠近柱子和柵欄的植被。
7.雪地光伏組件
寒冷地區(qū)的大雪對于光伏電站的發(fā)電和運維是嚴峻的挑戰(zhàn)。NREL數(shù)據(jù)顯示，美國受影響地區(qū)每年的光伏風險損失為2-16%，北方地區(qū)的因大雪導(dǎo)致的光伏發(fā)電量損失達10-16%，極端情況下，更北部的地區(qū)光伏發(fā)電量損失可能達到40%。傳統(tǒng)的光伏組件不是為冰雪條件而設(shè)計的，因此降雪會影響光伏組件壽命和維護成本。
項目旨在開發(fā)出一種解決方案，使用標準的太陽能電池板制造技術(shù)，創(chuàng)建一個優(yōu)化的太陽能電池板，以減少冰雪造成的損失。
在原型設(shè)計中，項目計劃使用彎曲的金屬板作為組件的后框架，其納米加熱技術(shù)比普通的電阻加熱效率提高2.5倍。
8.跟蹤支架基座Tacker Sleds
農(nóng)場為了改善土壤健康，會盡量少用化肥，因此會將某塊地進行覆蓋植被與經(jīng)濟作物輪換種植，這也增加生物多樣性，減少水土流失。
本項目發(fā)明的跟蹤系統(tǒng)基座就是為了讓農(nóng)場方便地將底座在覆蓋植被用地和經(jīng)濟作物用地之間轉(zhuǎn)運，讓光伏跟蹤支架系統(tǒng)從固定式變成移動式。。
9. 光伏簡單組裝套件
太陽能無處不在，但太陽能系統(tǒng)并非處處可在。在一些不具備光伏陣列安裝條件，卻需要使用光伏發(fā)電的場合，這種簡單的光伏組裝套件便成為一種很好的選擇。
這種光伏套件，可隨時移動，安裝快速簡單，沒有常見的屋頂光伏如遮陽、坡度、方向、屋頂年限、攀爬等問題，用戶能夠隨時帶到下一個需要的地方。一般DIY用戶可以完成組裝，只需要一名電工完成與電網(wǎng)的最終連接，減少安裝成本。能為“能源孤島”提供太陽能+存儲能力，提高社區(qū)的能源彈性。產(chǎn)品可設(shè)計為美觀的有機外觀（綠色/棕色）或現(xiàn)代（銀色/黑色）。
產(chǎn)品增加了許多主要的、目前尚未開發(fā)光伏，卻陽光充足地區(qū)的太陽能利用率，如家裝和家居用品商店、賣場、臨時建筑，一些為行人和車輛提供清潔能源、遮陽的商業(yè)和民用場所，提升場所的“綠色”形象，也適于災(zāi)后恢復(fù)、新建筑區(qū)域、節(jié)日等半永久性建筑。
結(jié)語
看完這九個光伏應(yīng)用及材料創(chuàng)新，您有什么收獲嗎？您有沒有相似或更好的創(chuàng)意和大家一起分享？歡迎在文末留言，也歡迎對這九個國家級創(chuàng)新創(chuàng)意投票。也請期待下一期，美國制造太陽能獎的11個光伏系統(tǒng)集成創(chuàng)新項目。
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